Technologie

Qualitätsprüfung mittels Wirbelstromverfahren

Das Wirbelstromverfahren nutzt lokale Leitfähigkeitsunterschiede zur Charakterisierung von Qualitätsmerkmalen wie zum Beispiel der Schichtdicke, dem Schichtwiderstand, der Materialhomogenität oder anderer physikalischer Veränderungen der Prüfgüter. Das komplexe Wirbelstromsignal enthält verschiedene Informationen über das Prüfgut, welche sich in vielen Fällen mit einfachen oder komplexen Algorithmen separieren lassen. Die verwendete leistungsstarke Wirbelstromelektronik bietet ein breites Frequenzspektrum von 10 kHz bis 100 MHz, so dass unterschiedliche Eindringtiefen und Sensitivitäten je nach Prüfaufgabe genutzt werden können. SURAGUS bietet für alle Produkte eine auf die Prüfaufgabe angepasste benutzerfreundliche Software für die schnelle Echtzeit-Auswertung an.

 

Ver­fah­ren

Das Wir­bel­strom­ver­fah­ren ist ein zer­stö­rungs­frei­es Prüf­ver­fah­ren (zfP), wel­ches ins­be­son­de­re für die Prü­fung von Dünn- und Rand­schich­ten ge­eig­net ist. Das Wir­bel­strom­ver­fah­ren wird in der klas­si­schen zer­stö­rungs­frei­en Prü­fung ins­be­son­de­re für Riss­prü­fung und Ma­te­ri­al­sor­tie­rung ver­wen­det. Es gibt je­doch vie­le wei­te­re An­wen­dungs­ge­bie­te

in de­nen hoch­sen­si­ti­ve und orts­auf­ge­lös­te Leit­fä­hig­keits­ana­ly­sen zur Lö­sung ver­schie­dens­ter Prüf­auf­ga­ben bei­tra­gen kön­nen.

SURAGUS zerstörungsfreie Wirbelstromtechnologie
Zerstörungsfreie Wirbelstromtechnologie

Ei­gen­schaf­ten des Ver­fah­rens

  • Be­rüh­rungs­lo­se und zer­stö­rungs­freie Lö­sun­gen
  • Ex­trem schnell
  • Gut au­to­ma­ti­sier­bar
  • Sehr ho­he Sen­si­ti­vi­tät

Ver­fah­rens­va­ria­tio­nen

  • Im­pe­danz-Spek­tro­sko­pie (vgl. Fraun­ho­fer)
  • Mehr­fre­quenzwir­bel­strom
  • Im­puls­wir­bel­strom
  • Fre­quenzswee­p­ana­ly­sen

Skin-Effekt, Standard-Eindringtiefe und Wirbelstromdichte

Skin-Effekt

Wichtige Begriffe für das Verständnis der Wirbelstromtechnik sind der Skin-Effekt, die Standardeindringtiefe und Wirbelstromdichte. Die auftretenden Wirbelströme, hervorgerufen durch das Wechselfeld einer Induktionsspule, sind proportional zum magnetischen Fluss. Die Wirbelströme konzentrieren sich in der Werkstoffoberfläche in der Nähe der Induktionsspule, wobei die Stromdichte im Inneren des Werkstoffes abnimmt. Umso höher die Frequenz umso größer ist der Skin-Effekt.

 

Eindringtiefe

Die Eindringtiefe der Wirbelströme in das Prüfgut ist abhängig von der Frequenz, der elektrischen Leitfähigkeit und der magnetischen Permeabilität der Probe. Diese Eindringtiefe nimmt mit zunehmender Frequenz und zunehmender Leitfähigkeit ab. Die Tiefe in der die Wirbelstromdichte auf 1/e bzw. etwa 37 % der Wirbelstromdichte an der Oberfläche fällt, wird als Standard-Eindringtiefe (d oder 1d) bezeichnet. Sie ist in vielen Fällen das Kriterium einer idealen Messung.

Bei der drei­fa­chen Stan­dard-Ein­dring­tie­fe (3d) be­trägt die Wir­bel­strom­dich­te et­wa 5 % der Wir­bel­strom­dich­te an der Ober­flä­che. Mit­tels der Aus­wahl ei­ner ge­eig­ne­ten Fre­quenz kann die Ein­dring­tie­fe auf die vor­lie­gen­den Ma­te­ri­a­lei­gen­schaf­ten an­ge­passt wer­den. Die Fre­quenz be­ein­flusst zu­dem we­sent­lich die Si­gnal­am­pli­tu­de (dt), so­dass sehr klei­ne Ef­fek­te und De­fek­te mit ho­hen Fre­quen­zen ein­fa­cher de­tek­tier­bar sind. SU­RA­GUS Lö­sun­gen nut­zen je nach An­wen­dung ein Fre­quen­zen zwi­schen 10k­Hz und 100 MHz, wo­durch op­ti­ma­le auf­ga­ben­spe­zi­fi­sche Lö­sun­gen er­mög­licht wer­den.

SURAGUS Wirbelstromtechnologie EC Dichte.png
SURAGUS Wirbelstromtechnologie Formel Eindringtiefe.png
Wirbelstrom-Prinzip

Wir­bel­strom­dich­te

Die Emp­find­lich­keit der Wir­bel­strom­prü­fung ist ab­hän­gig von der Strom­dich­te an der Feh­ler­stel­le. Da­her wird die Fre­quenz ent­spre­chend der Ma­te­ri­a­lei­gen­schaf­ten (Leit­fä­hig­keit, Per­mea­bi­li­tät) und der Feh­ler bzw. Merk­mals­ar­ten und -tie­fen aus­ge­wählt. Die Fre­quenz ist ein ent­schei­den­der Fak­tor bei der Prü­fung von Schicht­sys­te­men und bei der De­tek­ti­on von klei­nen De­fek­ten und Ef­fek­ten. Dank des brei­ten Fre­quenz­ban­des un­se­rer Prüf­lö­sun­gen kön­nen un­se­re Sys­te­me schnell auf ganz ver­schie­de­ne Prüf­auf­ga­ben an­ge­passt und die ge­for­der­ten Ge­nau­ig­kei­ten und Sen­si­ti­vi­tät rea­li­siert wer­den.

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Produktübersicht Dünnschicht-Prüfung

Produktübersicht Carbonfaser-Prüfung

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